原创 电路板逆向设计

电路板逆向设计
（电路板客隆/电路板抄板）

一、电路板逆向设计发展概况

电路板逆向设计（PCB Reverse Engineering）是国内外一直关注的一个技术课题。
八十年代初，我国由于科学技术的落后，设计的产品从先进性来讲只能局限于当时的年代，设计的电路集成度不高，分散元件搭建电路成为当时的流行。随着科技技术的进步，集成度越来越高，势必需要对现有电路进行重新设计，或从现有先进的电路板中获取部分设计图，设计出集成度更高、功能更强的产品。
八十年代，传统的方法一种是用菲林尺一边描板一边出图纸，然后直接加工电路板，另一种是边测量边在电脑中用TANGO软件画图，后者比前者更前进了一步。对于单、双面板来说这种方法基本是可行的，但需要花费大量时间，很难做到一步到位。
九十年代，随着PC电脑的升级换代，从传统方法转移到用扫描仪扫描图后，在一些CAD软件中来描线，但最终很难和电子CAD来对接。九十年代末，正值互连网发展阶段，共享软件网站及发布共享软件成为当时软件业的一个亮点，出现了后来逐渐被使用的一款BMP图转PCB（全称：BMP2PCB）小工具软件，其原理是将电路板通过扫描仪扫描出图片后，再转成黑白图，用这个小工具软件自动将黑白图转换成PROTEL的PCB格式文件，然后在PROTEL里可直接打开进行编辑，如果是多层板可每层转换最后将多层合版，这个在传统方法上是前进了一大步，但对于复杂的电路板来说，问题就非常多，其中断线较多，很难检查出，无法直接放置元件，而且对于多层电路板来说合层是最困难的，因而费板率较高。
在大家还在用传统方法设计时，87年毕业于上海交通大学的李晓明，在九十年代中期已经开发出了没有公开的彩色抄板软件CBR，并应用于某家电路板厂，在其软件中可调入彩色扫描板图，以其为背景快速放置导线、焊盘、过孔，并直接输出PCB文件，无论从抄板速度、精度都大大提高，而且在抄板过程中就解决了合层问题，虽然当时功能并不多，但在当时已经是一场技术革命。近几两年内，他逐渐把其产品发布在互连网上，并被行业所熟知，虽然市场上目前也出现了其它的较低端的抄板软件，但其原理依然仿照的是李晓明的彩色抄板软件的设计原理和思路。
目前彩色抄板软件CBR功能也做了大的提升，最新版本目前已经和PROTEL99SE功能基本相当，在彩色抄板软件CBR中能够直接创建元件、管理生成网络，在抄板过程中网络表的形成为随后反原理图提供了保障。直接打开和保存PROTEL99SE的PCB文件，也就是说PROTEL99SE能设计的板子在CBR全能完整抄出。
可到http://www.deltasoft.com.cn网站上获得更多关于该软件的信息。
在今后几年内彩色抄板软件CBR将会成为国内业界领先的国产电子CAD软件，同时带动了该行业的一大批产业。

二、抄板相关概念
1、抄板精度
对于抄板的精度问题，取决于两个环节，一个是软件的精度，一个是原始图象精度，对于软件精度来说采用32位浮点表示可以说不存在任何精度限制，所以最主要的还是取决于原始扫描的图象精度，打个比方说吧，如果用100万像素拍出的照片可洗5寸照片，但如果要把它洗成20寸照片那就根本看不清楚了，道理是一样的，所以对于精度要求很高的电路板来说，要想抄出精度非常高的PCB图，在扫描时就要选择较高的DPI。
DPI的意义是每英寸多少个点。也就是说扫描出来的图象上每两个点之间的距离就是1000/DPI，单位mil.
如果DPI是400，那么图象上两点之间的距离是 1000/400 = 2.5 mil, 也就是说这时的精度是2.5mil.
这个是最科学的根据，所以有人说精度可以达到1mil以下，那是有前提的。其实抄板精度主要取决于原始的扫描精度。
综上所述，在扫描板子时设定DPI就要根据实际板子所要求的精度而定，如果象手机板子线间距等精度要求在1mil以下，这时就需要扫描DPI就应该设定在1000DPI以上。目前市场上的扫描仪都可以满足这个条件。
DPI越高，图片就越清晰，精度越高，但缺点是图片太大，对硬件要求较高，所以要根据具体情况具体设置。对于一般精度的板子一般采用400DPI就很好了，手机板之类的可设定在1000DPI以上。
2、抄板类型
目前有些提出可以抄这个那个板子的，听起来比较悬乎，其实只要抄板软件能够直接打开和保存PROTEL的PCB文件，所有放置的元素属性完全支持PROTEL的格式，包括放置功能一样，就可以抄出任何类型的板子。
3、抄板软件的选择
抄板软件的好坏主要还是取决于功能是否完整，最好是把所有工作都能在抄板软件里去做，这样效率才高，包括元件的放置支持PROTEL99SE为最好，目前99SE的元件库非常丰富，可在互连网上下载到。这个也是很关键的事情，靠手工制作元件的时代已经过去，因为很多象BGP元件封装中有上百个之多的元素，靠手工再去建元件代价太大。
为了电路稳定可靠，在设计电路时一般要有大块的铜皮和电源或地连接，这样可减少电路的噪声和干扰。所以涉及到网络铺铜的问题，对于复杂的电路板来说，铺铜上面有很多是要连接也有很多是要隔离的，那么如果解决不好这个问题，铺铜就无法实现，所以这里一定要定义网络来铺铜（“同一网络相连，不同网络隔离”），简单的把所有的都填充上铜皮那样是会出现端路的。这也是衡量抄板软件的一个关键性问题。
4、磨板
对于多层板来说，中间层是无法直接扫描出来的，要抄多层板肯定要把多层磨出来，所以抄多层板肯定要报废一块板子的。
目前采用的方法最好的办法是用好的磨床和手工用纱纸磨，采用后者的方法是费用最低的一种方法，砂纸是市场上随处可以购买到的普通砂纸，切记要粗砂纸，细砂纸很难磨动的。
方法很简单，把板子按好水平用力用砂纸磨，如果是有大块铜皮可用钳子直接就可以拉掉，或者用平挫几下就把难磨的磨掉，然后改用砂纸再磨。
磨板其实没任何技术含量，纯粹是经验性的东西，磨一块多层板就明白了。
三、抄板流程
    下面举例说明整个抄板过程：
    假如有个四层板子，元件都已经去掉，表面搽干净的，我们要把它抄成PCB文件，按如下步骤进行：
    1、扫描顶层板，保存图片，起名字为top.jpg，这时设置扫描DPI可根据密度不同来设置，假如设置是400DPI。
    2、扫描底层板，保存图片，起名字为bottom.jpg
    3、把中间层1用粗砂纸磨出来，漏出铜皮，弄干净后扫描图，起名字为mid1.jpg
    4、把中间层2用粗砂纸磨出来，漏出铜皮，弄干净后扫描图，起名字为mid2.jpg
    5、在PHOTOSHOP里把每张图片调水平（选转图片，保证图片成水平，这样走出的线好看，而且多张图很容易上下对齐），这里建议将底层图做水平镜像，使顶底图是方向一致，上下定位孔一致。最后把每张图分别存成BMP文件，比如：top.bmp, bottom.bmp, mid1.bmp, mid2.bmp。 这里注意不需要把图片裁剪得正好，最好留些富裕, 基本上只要把图片调水平就完事了。
    6、打开彩色抄板软件, 从主菜单"文件" -> "打开BMP文件", 选top.bmp文件打开.
    7、设置好DPI后，就可以抄顶层图了，先把层选到顶层，然后开始放元件、过孔、导线等。
    8、顶层把所有东西放完后，保存临时文件（说明书和帮助中都有，是通过菜单还是工具条上的按钮可自己来选），起名字为top-1.dpb（ 中间不同时间保存的名字建议起不同编号的名字，如top-1.dpb,top-2.dpb,这样避免电脑故障原因破坏了最后一个文件，但此前一个版本文件还能挽回，减少损失，这个是个建议，看个人爱好了）。
    9、关闭当前图片窗口（注意，一次只能打开一个图片，千万不要打开多个图片）。
    10、从主菜单"文件" -> "打开BMP文件", 选底层图bottom.bmp，然后打开临时文件top-1.dpb，这时会发现顶层画好的图和底层背景图没有对齐，按Ctrl+A组合键，把所有放好的图元选中，按键盘上的上、下、左、右光标键或2、4、6、8数字键整体移动，选几个参考点和背景图相应点对准后，这时就可以选当前层为底层，开是走底层线、焊盘、填充等等，如果顶层的线挡住了底层，怎么办呢？很简单，可从主菜单“选项”中选“层颜色设置”，把顶层的勾点掉就可以了，同样顶层丝印也可关闭。抄完底层后，保存临时文件为bottom-1.dpb，或保存PCB文件为bottom-1.pcb，这时的文件已经是两层对齐、合层的文件了。
    11、同样中间层的抄板过程也是一样的,重复步骤9~10，最后输出的PCB文件，就是四层合在一起的和实物一摸一样的PCB图了。
 
    彩色抄板软件的快捷键有些和PROTEL是一样的，可看软件帮助或说明书中的“快捷键一览表”。
 
    总之，软件使用基本上不需要太多的学习即可上手。在使用中有什么问题可随时发邮件到support@deltasoft.com.cn,或打电话到010-86060987或在QQ上直接联系。我们会很快响应的。

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